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ATLAB 脚本进行最小二乘法拟合

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发表于 2023-12-31 16:12 |只看该作者 |倒序浏览
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这是一个 MATLAB 脚本,用于进行最小二乘法拟合。脚本首先要求用户输入已知点的 x 和 y 坐标,然后输入拟合的多项式次数 n。脚本使用最小二乘法拟合数据,并绘制了原始数据点和拟合曲线的图表。以下是对代码的主要部分的解释:! J8 h8 `1 b8 E, F) \2 m" m( ]6 I' a
function fp = fitpt(); h! G& d& N" a+ @- ~$ }
    % 最小二乘
4 M$ v, u" R, z( J8 |+ H    % 基取 {1, x, ...}
: [- F. W' z* t4 x/ A( l7 o0 S    % fitpt.m
/ A4 ~+ J: s' ~4 P  u& A" x$ A" H* R6 g( J$ u8 ?( H& K
    % 默认算例为课本:P65,例3.26 ?! S# p( M3 `
    % x = [0,1,2,3,4,5,6,7]/ X; {, X* o, P! P% S9 Y. u
    % y = [3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]& m. v  g) u4 W1 P! V
    % 结果:P(x) = 4.005 + 2.936x  平方误差=0.61625 E- r) q8 z4 i" o6 ?  d

& j# g0 @8 j3 W1 T    % MatLab函数:polyfit(x, y, n)( o4 v( {( U% T( g# u: P
6 R9 D. P. o4 c) J. B
    s = input('<最小二乘>\n输入已知点的x坐标:(回车表示[0,1,2,3,4,5,6,7])\n', 's');, _5 u0 i# I& s  k* j' }
    if isempty(s); C$ ^, b+ Q, u' ~' v$ c2 m
        s = '[0,1,2,3,4,5,6,7]';
5 i2 q1 F+ r% `, B- E. @) O    else
! B: v6 a& {) P: l( R5 E! \5 m        if (s(1) ~= '[')5 h" ~9 F! f- `8 v" t7 z
            s = strcat('[', s);
4 o* Q/ A2 |$ B( j3 N4 ?            s = strcat(s, ']');
# |. g0 n, Z, X. C1 G        end2 y" B: d' L; b! q
    end( G6 P  ~& k# }: t8 l) ^1 g
    x = sym(s);, j; A1 ?5 U4 w7 j7 G: ]3 \
# I2 E# \/ Q+ k3 q/ g3 k( z! p: ~$ ]# h
    s = input('输入已知点的y坐标:(回车表示[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07])\n', 's');
& C, u; v! r! d! |    if isempty(s)- `- G' ~2 \- V" h$ c
        s = '[3.95,6.82,9.78,12.91,15.74,19.26,21.73,24.07]';
5 ~9 r  T* ]- r. Y0 j5 g( r    else$ R1 o! [, S" `8 C  S5 \/ H' \1 s3 S7 ~
        if (s(1) ~= '[')
8 l! L% K, f) A$ }; y( H; g            s = strcat('[', s);, G8 r$ J: J- L1 Z4 K' }) L
            s = strcat(s, ']');! s; y- n3 e( L) n. o9 W4 K& C
        end" t. ]% M% y" h9 j; m" X; B" |
    end
9 W; k, u: k% c1 s    y = sym(s);' k/ u" d2 Y  z  _* C! m
    sz = size(x);: k9 e+ ]3 Q* t8 L7 V7 H% a7 p4 t
    sz = sz(2);3 F2 @  w- ~4 C3 S* d8 \, H9 C6 ?" }
    n = input('输入多项式次数n:');( w( z' l, I$ P8 W' A
    if (n + 1 > sz)) q) ?! O. u/ Z4 r# K/ u3 }
        n = input('多项式次数需要小于已知点个数,请重新输入n:');
% @/ M- j- c2 \6 a& h% ^0 J6 W    end) _7 n% t) V" ]6 G+ F$ Y8 @3 M
    if (n + 1 > sz)
7 X1 M2 X( n2 I4 ^# E        error('多项式次数不能小于已知点个数!');
$ x! n- W- s  i9 S0 b    end
/ b) T2 U- D- i4 R3 y$ u5 q% I    fp = s_fitpt_p(x, y, n);
- [7 j$ ]: D: @9 p; `& V( z
& b2 k2 X9 l! j' S    % 绘制原始数据点和拟合曲线, I# @: V- F" X* \  I( ]4 d
    plot(double(x), double(y), 'r*')
4 C6 W% B6 |4 O0 I& ~9 e6 E- Q    hold on- F6 W; M) X, H
    a = double(x(1));" E% C- h. I2 \) ?
    b = double(x(sz));. G% P5 \6 w+ T* ?  b2 S9 O; c
    x = a:abs(b - 1)/100:b;
8 c9 q2 @+ k' E& i/ r& q1 |; s    y = subs(fp, x);
# `. |6 H. ~" r    plot(x, y)+ t" M9 Q. e6 Q6 d
end' y( N0 A1 ^. @* r. \5 v+ m, e
' c5 Z/ |# M" q7 b6 z' I+ ]* w
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
! `; R8 M" D' z9 P# \- D+ x( ^' t: @7 `' z
function f = s_fitpt_p(x, y, n)
/ D9 L6 c" ?+ s    % 用 n 次多项式实现的最小二乘法
; @5 e. l; |. j# l, ^& _3 `) R2 X- @! F8 V* ]  ]1 N
    sz = size(x);
+ a+ \% z7 S$ m- D3 ^, n: W    sz = sz(2);: A! O7 U7 j4 e
    A = zeros(sz, n + 1);
4 f7 i2 x! J& y5 a    v = vh(n);
/ {( S+ v% _* {. j) Z4 L% L    for i = 1:sz
" n6 _7 D0 V# I4 f& I2 a  z        A(i, = subs(v, double(x(i)));# ]" D  Z3 B0 T# Y, T
    end
$ ]& p: F5 t8 b! q5 ~4 x* w    f = linsolve(A' * A, A' * y');
# T1 u$ u7 y. S$ t" f    f = vpa(f, 4);
- F& @3 M, ^7 y! T& Q    f = v * f;
! L# K! G( ^, v# x7 oend
  ?% X9 i5 p' X' L/ a( K( X, {# }! K3 N' Z9 ]2 m- X1 {' D! }
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%& {# \- V4 W0 {! l* c
4 A# m7 r* i. v0 ?+ p. D- T
function v = vh(n): i; U& E1 j; W. F7 `5 z. U
    % Create vector in horizontal style, such as ! H- H3 t( d/ a' O5 g6 V9 g
    % v = [1, x, x^2, ..., x^n]
( C& Z. a, P0 x9 m# J4 _! _/ s3 o; H! }( M* s
    if (n < 0 || n > 9). ]7 ~! M, _  Z& c9 T
        error('Make sure ''n'' is in range of [0, 9]')
( ?5 S  o. w' F5 z    end
* b8 R+ ~' w7 j/ c# g! q8 V    s = '';6 M* `* v( p7 ?" K" z$ Q% M8 a
    for i = 0:n2 E% }4 L8 D6 x4 E3 |
        s = strcat(s, ',x^');$ M/ j  F: o* C; j5 D
        s = strcat(s, num2str(i));. x1 f8 ^: J" y) x' ~1 i- V" d
    end; V9 R7 D! I4 ]& H1 W( ~
    s(1) = '[';7 m4 A; b3 L3 z
    sz = size(s);
6 \7 t! d4 K1 H+ ~# V! X& R+ f    s(sz(2) + 1) = ']';
: K: i! ?; p1 q& F2 O
3 B8 f! N9 u. w* K' S, f! B( h    v = simplify(sym(s));
, x2 C& S0 F7 h4 s% [& d, B6 M9 Y  Cend- |4 B3 ?# W2 q9 q! _# Y
7 d4 O9 B% U8 [/ W
这个脚本首先获取用户输入的已知点的 x 和 y 坐标,然后使用最小二乘法进行拟合。最后,脚本绘制了原始数据点和拟合曲线的图表。
9 h" W3 K. i( ^+ @8 O* E
+ u* @8 B& J9 P3 h! ?% B! b% H2 C( c6 i8 u
zan
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